Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép nhôm và hợp kim Ni-20Cr trên nền thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM<br /> KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> Lý Quốc Cường<br /> <br /> NGHI£N CøU ¶NH H¦ëNG CñA CHÕ §é Xö Lý NHIÖT §ÕN CÊU TRóC, TÝNH<br /> CHÊT CñA HÖ LíP PHñ KÐP NH¤M Vµ HîP KIM Ni-20Cr<br /> TR£N NÒN THÐP<br /> <br /> Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý<br /> Mã số: 62440119<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Lê Thu Quý<br /> Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Phùng Thị Tố Hằng<br /> <br /> Phản biện 1: ..........................................................................................<br /> ......................................................................................<br /> Phản biện 2: ..........................................................................................<br /> .......................................................................................<br /> Phản biện 3: ......................................................................................<br /> .........................................................................................<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại<br /> Học viện Khoa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Vào hồi<br /> <br /> giờ ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> Có thể tìm luận án tại:<br /> - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> năm<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của luận án<br /> Trong các ngành công nghiệp nặng, các chi tiết máy thường phải làm<br /> việc trong các điều kiện hết sức khắc nghiệt (độ ẩm cao, nhiệt độ cao, môi<br /> trường bụi, hóa chất…) dẫn đến các hiện tượng mài mòn, ăn mòn và cuối<br /> cùng là phá hủy. Mỗi khi các chi tiết bị mài mòn hoặc ăn mòn thì chi phí<br /> để thay thế là rất lớn, ngoài chi phí về vật liệu vốn đã rất cao thì còn kèm<br /> theo chi phí cho công tháo, lắp, sửa chữa và các thiệt hại khác do dây<br /> chuyền sản xuất phải ngừng hoạt động.<br /> Những năm gần đây, song song với việc phát triển khoa học công nghệ<br /> và các ngành kỹ thuật công nghiệp thì việc đòi hỏi nâng cao chất lượng sản<br /> phẩm và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy luôn được quan tâm. Đặc biệt<br /> đối với các chi tiết máy làm việc trong môi trường khắc nghiệt như chịu ăn<br /> mòn, mài mòn thì tính chất vật liệu bề mặt chi tiết máy đó được đặt lên<br /> hàng đầu. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý bề mặt được ứng dụng<br /> nhằm đáp ứng các yêu cầu của chi tiết trong các điều kiện làm việc khác<br /> nhau. Công nghệ phun phủ và xử lý nhiệt là một trong những phương pháp<br /> có thể đáp ứng được yêu cầu làm việc của chi tiết trong điều kiện nói trên.<br /> Trong các công nghệ xử lý bề mặt được sử dụng, công nghệ phun phủ<br /> nhiệt ngày càng được phát triển mở rộng về quy mô, cải thiện về chất<br /> lượng, thể hiện được những tính ưu việt so với các phương pháp xử lý bề<br /> mặt khác cả về kỹ thuật và kinh tế. Như chúng ta đã biết, các kim loại Cr,<br /> Ni, Al có khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn, chịu mài mòn và có độ bền<br /> khá cao trong nhiều môi trường hóa chất. Lớp phủ Al thường được biết<br /> đến là lớp phủ chống ăn mòn khí quyển tốt, khả năng chịu nhiệt khá tốt,<br /> ngoài ra, khi được xử lý ủ nhiệt Al còn có khả năng khuếch tán vào nền<br /> thép tạo thành các pha liên kim giữa Al và Fe như: Fe3Al, FeAl2, Fe2Al5,<br /> Fe3Al, FeAl, các pha liên kim này có độ cứng cao, bền ăn mòn, chịu nhiệt<br /> tốt. Ngoài khả năng khuếch tán vào thép, Al còn có thể tương tác với các<br /> nguyên tố Ni và Cr tạo thành các liên kim giữa Al – Ni như: AlNi3, Al3Ni5,<br /> AlNi, Al3Ni2, Al3Ni; giữa Al – Cr như: AlCr2, Al8Cr5, Al9Cr4, Al11Cr2,<br /> Al7Cr là các pha có độ cứng khá cao.<br /> Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo ra một hệ lớp phủ mới có khả năng<br /> làm việc trong các môi trường khắc nghiệt như vừa chống được mài mòn,<br /> ăn mòn và chịu nhiệt, đã lựa chọn hệ lớp phủ kép Al kết hợp với lớp phủ<br /> Ni-20Cr, lớp phủ Al ở giữa tiếp giáp nền thép, lớp phủ Ni-20Cr ở trên, kết<br /> hợp xử lý ủ nhiệt.<br /> 1<br /> <br /> Với những lý do nêu trên, đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng<br /> của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép<br /> nhôm và hợp kim Ni-20Cr trên nền thép” đã được thực hiện.<br /> 2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án<br /> * Nội dung nghiên cứu:<br /> - Tối ưu chế độ xử lý bề mặt nền thép trước khi phun phủ kim loại bằng<br /> phương pháp phun hạt mài corindon.<br /> - Tối ưu chế độ phun phủ kim loại Al, Ni-20Cr theo tiêu chí độ xốp thấp<br /> nhất bằng công nghệ phun phủ hồ quang điện.<br /> - Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, thời gian ủ đến cấu trúc, tổ chức tế vi của hệ<br /> lớp phủ kép Al/Ni-20Cr.<br /> - Tìm ra được các pha mới hình thành do khuếch tán của các lớp phủ, lớp<br /> phủ và thép nền.<br /> - Đánh giá các tính chất của hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr trước và sau khi<br /> xử lý ủ nhiệt.<br /> * Mục đích nghiên cứu:<br /> - Chế tạo hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr có chất lượng cao, có độ xốp thấp,<br /> có khả năng bám dính tốt trên nền thép.<br /> - Chọn được chế độ xử lý ủ nhiệt phù hợp cho hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr.<br /> - Xác định các tính chất cơ lý của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr trước và sau<br /> khi xử lý ủ nhiệt: độ cứng, khả năng chống mài mòn, khả năng chống ăn<br /> mòn.<br /> 3. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án<br /> - Chọn được chế độ tạo nhám có giá trị Rz cao nhất: dùng công nghệ phun<br /> hạt mài (corindon) cỡ hạt #18, khoảng cách phun 100mm, áp lực khí nén<br /> 8atm, đạt được độ nhấp nhô bề mặt (độ nhám) trên nền thép C45 là Rz<br /> =58,39 µm; trên nền CT3 là Rz= 62,25 µm.<br /> - Tối ưu chế độ phun phủ Al và hợp kim Ni-20Cr theo tiêu chí độ xốp nhỏ<br /> nhất, bằng công nghệ phun phủ hồ quang điện trên thiết bị OSU –<br /> Hessler 300A (Đức): chế độ phun Al là P = 4,7 atm, U = 27,5 V, khoảng<br /> cách phun L = 200 mm, độ xốp lớp phủ là 13,56%; chế độ phun hợp kim<br /> Ni-20Cr: P = 3,5 atm, U = 26 V, khoảng cách phun L = 300 mm, độ xốp<br /> lớp phủ là 10,96%.<br /> 2<br /> <br /> - Khả năng bám dính của lớp phủ Al trên nền thép ứng với chế độ phun<br /> hạt mài tốt nhất (đối với các mẫu chưa xử lý nhiệt): trên nền thép C45 là<br /> 14,9 MPa, trên nền thép CT3 là 16,29 MPa. Chế độ xử lý nhiệt phù hợp<br /> cho lớp phủ kép Al/Ni-20Cr là 550 – 600oC giữ nhiệt khoảng 4 – 8 giờ.<br /> - Lớp phủ kép Al/Ni-20Cr sau khi xử lý ủ nhiệt ở nhiệt độ 550 – 600oC<br /> thời gian giữ nhiệt 4 – 8 giờ, tại biên giới giữa lớp phủ, giữa lớp phủ và<br /> nền thép hình thành các pha liên kim mới có độ cứng cao (đạt 600 – 800<br /> HV), chiều dày tới 35 – 45 μm. Lớp phủ sau khi xử lý ủ nhiệt có hệ số<br /> ma sát nhỏ và khả năng chống mài mòn tốt hơn các mẫu chưa xử lý ủ<br /> nhiệt, khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit (cụ thể là H 2SO4 có<br /> pH = 2) tốt hơn mẫu không xử lý ủ nhiệt.<br /> - Phân tích EDS cho thấy Al đã khuếch tán sang lớp phủ Ni-20Cr và<br /> khuếch tán vào nền thép tạo thành các dung dịch rắn.<br /> - Giản đồ nhiễu xạ XRD cho thấy các pha xuất hiện trên biên giới giữa<br /> lớp phủ Ni-20Cr và Al là AlNi, Al4Cr, (AlNi + Al3Ni), Al3Ni, Al3Ni2,<br /> AlNi3 và Al4CrNi15. Các pha liên kim tại vùng biên giới lớp phủ Al và<br /> nền thép là FeAl3, AlFe3 và AlFe.<br /> 4. Cấu trúc của luận án<br /> Luận án bao gồm 114 trang. Phần mở đầu 2 trang. Chương 1. Tổng quan:<br /> 30 trang; Chương 2. Thực nghiệm: 20 trang; Chương 3. Kết quả và thảo<br /> luận: 63 trang, trong đó có 24 bảng, 78 hình; Phần kết luận: 1 trang;<br /> Những đóng góp mới của luận án: 1 trang; Danh mục các công trình công<br /> bố của tác giả: 1 trang, với 6 công trình công bố, trong đó có 1 bài báo<br /> quốc tế, 5 bài trong nước, trong đó có 1 bài bằng tiếng Anh; Tài liệu tham<br /> khảo: 11 trang với 109 tài liệu.<br /> CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN<br /> Chương 1 trình bày tổng quan những vấn đề sau:<br /> 1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng phun phủ nhiệt trên thế giới<br /> 2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt ở Việt Nam<br /> 3. Cơ sở lý thuyết của phun phủ nhiệt: nguyên lý công nghệ phun phủ<br /> nhiệt, mục đích và phân loại công nghệ phun phủ nhiệt, phương pháp<br /> phun phủ bằng hồ quang điện áp dụng cho luận án. Cấu trúc và tính<br /> chất của lớp phủ kim loại.<br /> 4. Vật liệu nhôm và lớp phủ nhôm<br /> 5. Vật liệu crôm, niken và lớp phủ hợp kim Ni-20Cr<br /> 3<br /> <br />